(57)【要約】【課題】  電解質膜表面に直接スラリーを塗布、乾燥させて電極を形成する際に、電解質膜の膨潤を抑制することによって、電解質膜のシワ、電極のシワ及び割れを防止する燃料電池の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  少なくとも高分子材料と溶媒とを含むスラリーを、電解質膜に塗布する塗布工程を含む燃料電池の製造方法であって、前記塗布工程の雰囲気温度が、前記溶媒に含まれる溶媒成分のうち、少なくとも最も高い揮発性を有する溶媒成分の飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となる温度であることを特徴とする、燃料電池の製造方法。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも高分子材料と溶媒とを含むスラリーを、電解質膜に塗布する塗布工程を含む燃料電池の製造方法であって、
前記塗布工程の雰囲気温度が、前記溶媒に含まれる溶媒成分のうち、少なくとも最も高い揮発性を有する溶媒成分の飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となる温度であることを特徴とする、燃料電池の製造方法。
【請求項２】
前記塗布工程の雰囲気温度は、飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となる１種又は２種以上の溶媒成分の割合が、スラリーの総溶媒量に対して５０体積％以上となる温度である、請求項１に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記塗布工程の雰囲気温度は、前記飽和蒸気圧が９０ｋＰａ以上となる温度である、請求項１又は２に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項４】
前記電解質膜が固体高分子電解質膜ある、請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池の製造方法。
【請求項５】
前記スラリーを電解質膜に塗布する方法がスプレー法である、請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料と酸化剤を電気的に接続された２つの電極に供給し、電気化学的に燃料の酸化を起こさせることで、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。火力発電とは異なり、カルノーサイクルの制約を受けないので、高いエネルギー変換効率を示すものである。燃料電池は、通常、電解質膜を燃料極及び酸化剤極で挟持した基本構造を有する単セルを複数積層して構成されており、中でも、電解質膜として固体高分子電解質膜を用いた固体高分子電解質型燃料電池は、小型化が容易であること、低い温度で作動すること、などの利点があることから、特に携帯用、移動体用電源として注目されている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池に設けられる電極は、通常、固体高分子電解質膜側から順に、触媒層、ガス拡散層を積層した多層構造を有している。このような構造を有する電極を、固体高分子電解質膜の両面に形成する方法としては、例えば、以下のような方法（１）〜（３）が知られている。すなわち、
（１）まず、ポリテトラフルオロエチレン等の基材上に触媒層用スラリーを塗布、乾燥させて触媒層を形成し、次に触媒層が形成された面が電解質膜側となるように基材と電解質膜とを圧着し、基材を剥がして触媒層を備える電解質膜を得、続いて、触媒層上にガス拡散層を形成する方法、
（２）その表面に触媒層用スラリーを塗布、乾燥させることによって触媒層が形成されたガス拡散層を、触媒層が電解質膜側となるように、電解質膜と圧着する方法、
（３）電解質膜上に触媒層用スラリーを直接塗布、乾燥させて触媒層を形成し、続いて触媒層上にガス拡散層を形成する方法。
上記（３）の方法は、圧着工程を少なくとも１回分省略できるので、上記（１）、（２）の方法よりも有利である。
【０００４】
自動車用燃料電池等のように大面積の電解質膜を用いる燃料電池を、上記（３）の方法で生産する場合には、電解質膜表面への触媒層用スラリーの塗布工程は、常温・常圧条件下で行われてきた。この際、触媒層用スラリーに含有される溶媒が電解質膜内へと拡散し、電解質膜は膨潤状態となる。塗布工程に続く乾燥工程により、電解質膜上に塗布された触媒層用スラリー中の溶媒が蒸発し、触媒層が形成されるが、このとき、電解質膜中に染み込んだ触媒層用スラリーの溶媒が蒸発することによって、電解質膜が乾燥し収縮する。その結果、電解質膜にシワが発生し、これに伴って電解質膜上に形成された触媒層にもシワや割れが発生することとなる。
このように電解質膜や触媒層にシワ等が発生した状態では、続いて触媒層上に形成されるガス拡散層等その他の層との密着性が悪く、燃料電池の性能低下を引き起こしかねない。また、電極パターンの構成が限定されてしまう場合がある。さらに、触媒層の割れは、触媒層に圧力が加わった場合に、この割れが電解質膜に食い込む等の物理的なダメージを与えることによって、燃料電池の性能を低下させてしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、この電解質膜及び電極にシワ等が発生するのを抑制するために、様々な取り組みが行われている。例えば、電解質膜と電極との間に補強層を設けることにより電解質膜自体の膨潤・収縮の度合いを小さくしたり、或いは、触媒層用スラリーの溶媒成分として用いられているエタノールの濃度を上げ、スラリー中の溶媒の揮発性を向上させることにより電解質膜の膨潤を抑制する等の工夫がなされている。
しかしながら、電解質膜と電極との間に補強層を設けると、燃料電池の発電性能が低下するという問題がある。また、触媒層用スラリー中のエタノール濃度を高くすると、発火して触媒層用スラリーを調製することができない場合がある。
【０００６】
燃料電池用セルの作製工程を減少させること及び均一な電極層を形成することを目的として、一定温度に保持した多孔質板上に真空引きにより固体高分子膜を保持した状態で、高分子材料を含むスラリーを固体高分子膜に塗布して電極層を形成する方法が提案されている（特許文献１）。特許文献１には、スラリーの溶媒としてエタノールを用い、多孔質板温度を６０℃の一定温度に保持した実施例が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１００３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の実施例に記載された、多孔質板保持温度が６０℃（エタノールの飽和蒸気圧約３５０ｍｍＨｇ＝約４７ｋＰａ）の条件では、エタノールの蒸発を促進させ、スラリーの乾燥を速めることはできても、エタノールは蒸発する前に電解質膜に染み込むため、電解質膜の膨潤を充分に抑制することができない。その結果、電解質膜のシワや電極のシワ、割れが発生してしまうことになる。
本発明は、上記問題を考慮して成し遂げられたものであり、電解質膜表面に直接スラリーを塗布、乾燥させて電極を形成する際に、電解質膜の膨潤を抑制することによって、電解質膜のシワ、電極のシワ及び割れを防止する燃料電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明により提供される燃料電池の製造方法は、少なくとも高分子材料と溶媒とを含むスラリーを、電解質膜に塗布する塗布工程を含む燃料電池の製造方法であって、前記塗布工程の雰囲気温度が、前記溶媒に含まれる溶媒成分のうち、少なくとも最も高い揮発性を有する溶媒成分の飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となる温度であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の燃料電池の製造方法によれば、電解質膜にスラリーを塗布する工程の雰囲気温度を、スラリーに含まれる溶媒成分のうち、少なくとも最も揮発性の高い溶媒成分純物質における飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となる温度、すなわち、溶媒成分が蒸発しやすい温度とすることによって、溶媒成分の蒸発を促進し、電解質膜内への溶媒成分の拡散を抑制することができる。その結果、電解質膜の膨潤を抑えることが可能である。
【００１１】
電解質膜内への溶媒成分の拡散をさらに抑制するためには、前記塗布工程の雰囲気温度を、飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となる１種又は２種以上の溶媒成分の割合が、スラリーの総溶媒量に対して５０体積％以上となる温度とすることが好ましい。また、前記塗布工程の雰囲気温度を、前記飽和蒸気圧が９０ｋＰａ以上となる温度とすることによっても、電解質膜内へ溶媒成分が拡散することを抑制することができる。
【００１２】
前記電解質膜として、特に膨潤性の高い固体高分子電解質膜を用いた場合、本発明の燃料電池の製造方法は好適である。
前記スラリーを電解質膜に塗布する方法は特に限定されないが、溶媒成分の蒸発性が高い点から、スプレー法が特に好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池の製造方法によれば、触媒層或いはその他の層を形成するためのスラリーを電解質膜上に塗布する際、電解質膜の膨潤を防止することによって、電解質膜のシワ、及び当該電解質膜上に形成される触媒層等の層のシワや割れの発生を抑制することができるため、当該電解質膜とその表面に形成される層間、さらには、当該電解質膜及びその表面に形成される層に積層される層間が密着性に優れたものとなる。従って、各層の密着性が悪いことによる電池性能の低下が防止される。また、電解質膜やその表面に形成される層の平滑性が保たれるので、電極パターンの構成が限定されず、電極の設計の自由度が高い。
【００１４】
しかも、スラリー塗布工程における電解質膜内への溶媒成分の拡散そのものが抑制されているので、膨潤しやすい電解質膜を用いた場合でも、その膨潤を抑えることが可能である。従って、本発明の製造方法は、電解質膜の材料の選択性に富むものである。
また、本発明の方法は、電解質膜の膨潤を防止するために新たな機能層を設けたり、揮発性に優れた溶剤を調合したり、真空引き装置を使用する等の手間やコストを要しない簡便な方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の燃料電池の製造方法は、少なくとも高分子材料と溶媒とを含むスラリーを、電解質膜に塗布する塗布工程を含む燃料電池の製造方法であって、前記塗布工程の雰囲気温度が、前記溶媒に含まれる溶媒成分のうち、少なくとも最も高い揮発性を有する溶媒成分の飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となる温度であることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、スラリーに含まれる溶媒成分のうち、少なくとも最も揮発性の高い溶媒成分純物質における飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となる温度、すなわち、溶媒成分が蒸発しやすい雰囲気温度下でスラリーを塗布することに特徴を有するものである。溶媒成分の蒸発を促進し、電解質膜内への溶媒成分の拡散を抑制することによって、電解質膜の膨潤が抑えられるため、膜の膨潤・収縮によるシワの発生を防止することできる。さらに、電解質膜の膨潤・収縮、シワの発生を防止することによって、当該膜上にスラリーを塗布することで形成される層（スラリー層）のシワや割れの発生を防止することができる。
【００１７】
このように電解質膜にシワが寄るのを抑制すると同時にその表面に平滑な面を有するスラリー層を形成することによって、当該電解質膜とその表面に形成されるスラリー層間、さらには、当該電解質膜及びその表面に形成されるスラリー層に積層される層間の密着性が良好となり、電池性能が向上する。さらに、スラリー層上に形成される層又はスラリー層が形成された面とは逆側の電解質膜面に形成される層の電極パターンが制限されないため、燃料電池の設計の自由度が上がる。また、スラリー層に発生した割れによる電解質膜への物理的ダメージを抑制することができるため、電池性能の低下をさらに防止することができる。しかも、膨潤性の高い電解質膜に対しても、平滑なスラリー層を形成することができるため、使用する電解質膜の選択性が広くなるという利点もある。
【００１８】
また、本発明の方法は、塗布工程の雰囲気温度を最適に設定することで電解質膜の膨潤を抑制するものであり、電解質膜の膨潤を防止するために新たな機能層を設けたり、揮発性に優れた溶剤を調合したり、真空引き装置を使用する等の手間やコストが必要ない。しかも、上記したような塗布雰囲気の温度は、使用する溶媒成分の純物質における飽和蒸気圧を指標として設定されているので、使用する溶媒成分に応じて、雰囲気温度をいちいち試行錯誤等により把握する工程を要せずに、容易に適した温度とすることができる。
【００１９】
本発明において、塗布工程の雰囲気温度（以下、雰囲気温度Ｔということがある）とは、電解質膜そのものの温度、又は電解質膜の周囲の温度を指す。例えば、電解質膜そのものを直接、加熱装置等を用いてその温度を制御する場合には、電解質膜そのものの温度或いは当該加熱装置の加熱部温度を指し、電解質膜の周囲を加熱等してその温度を制御する場合には、電解質膜の周囲を加熱する加熱装置、例えば、ヒーター庫内温度の温度等を指す。
【００２０】
本発明において、塗布工程の雰囲気温度Ｔは、スラリー中の溶媒に含まれる溶媒成分のうち、少なくとも最も高い揮発性を有する溶媒成分の飽和蒸気圧が、８０ｋＰａ以上となるような温度に設定する。ここで、溶媒成分の飽和蒸気圧（以下、単に飽和蒸気圧ということがある）とは、対象となる溶媒成分が純物質、すなわち、１成分系において示す飽和蒸気圧のことである。各溶媒成分の具体的な飽和蒸気圧は、実測による他、様々な文献から知ることもでき、多くの物質について温度と飽和蒸気圧との関係を示す蒸気圧曲線等が与えられている。入手しやすい文献としては、例えば、理科年表(国立天文台著、出版社：丸善)等がある。
【００２１】
溶媒成分のうち、少なくとも最も高い揮発性を有する溶媒成分の飽和蒸気圧が８０ｋＰａ未満となる温度では、溶媒の蒸発を充分に速めることができず、溶媒が電解質膜内へと広く拡散してしまい、膨潤してしまう。電解質膜の膨潤をより確実に抑制するためには、上記飽和蒸気圧が９０ｋＰａ以上となるような雰囲気温度Ｔとすることが好ましい。
一方、上記飽和蒸気圧が過大となるような塗布工程雰囲気温度Ｔとすると、スラリー中の溶媒成分が早く蒸発しすぎるため、得られるスラリー層に割れが生じる可能性がある。このような観点から、塗布工程雰囲気温度Ｔは、上記飽和蒸気圧が２００ｋＰａ以下、特に１５０ｋＰａ以下程度となるような温度に設定することが好ましい。
【００２２】
また、スラリー中の溶媒は、１種類の溶媒成分からなるものであってもよいし、２種類以上の溶媒成分を組み合わせたものであってもよい。本発明は、雰囲気温度Ｔを、溶媒に含まれる溶媒成分のうち、少なくとも最も高い揮発性を有する溶媒成分の飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となる温度とするものであるから、溶媒が１種類の溶媒成分からなる場合は、当該溶媒成分の飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となる温度とし、２種類以上の溶媒成分からなる場合は、少なくとも最も揮発性の高い溶媒成分の飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となる温度とすればよいが、特に９０ｋＰａ以上となる温度とすることが好ましい。
【００２３】
電解質膜の膨潤を防止するために溶媒成分の蒸発を促す観点から、雰囲気温度Ｔは、より多くの溶媒成分が蒸発しやすい温度、すなわち、より多くの溶媒成分の飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となる温度とすることが好ましい。具体的には、飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となる１種又は２種以上の溶媒成分の割合が、スラリーの総溶媒量に対して５０体積％以上となる温度とすることが好ましく、さらに、スラリーに含まれる全溶媒成分の飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となる温度とすることが好ましい。
【００２４】
溶媒成分の飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となるような塗布工程の雰囲気温度Ｔは、当該溶媒成分の沸点Ｔｂｏｉｌ（℃）より１５℃低い温度（Ｔｂｏｉｌ−１５℃）と、塗布工程雰囲気温度Ｔとの関係が、Ｔ＞Ｔｂｏｉｌ−１５℃となるような温度を目安にして、容易に設定することができる。例えば、溶媒に含まれる溶媒成分のうち、複数の溶媒成分の飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となる温度は、当該複数の溶媒成分のうち最も高い沸点を有する溶媒成分の沸点より１５℃低い温度を目安に雰囲気温度Ｔを設定すればよい。
【００２５】
塗布工程の雰囲気温度Ｔは、使用する溶媒成分（沸点、発火性等の物性）、溶媒成分の組み合わせ、溶媒成分の濃度等の揮発性に影響を与える条件を考慮するほか、電解質膜の耐熱性等プロセス全体のバランスを考慮して、適宜設定することが好ましい。
【００２６】
なお、本発明において、スラリーとは、少なくとも高分子材料と溶媒とを含むものであって、電解質膜に直接塗布、乾燥することによって層を形成するためのスラリーであれば特に限定されず、例えば、触媒層用スラリーや、燃料電池の性能向上を目的として付加的に設けられる層を形成するためのスラリー等を含む。スラリーに含まれる高分子材料及び溶媒も、これらを含むスラリーを用いて、電解質膜表面に層を形成することができるものであれば特に限定されない。
また、電解質膜とは、溶剤と接触したときに膨潤性を示すものであれば特に限定されず、有機物でも、無機物であってもよく、例えば、プロトン伝導性固体高分子電解質膜や、酸化物イオンや水酸化物イオン等のイオン伝導性固体高分子電解質膜等の固体高分子電解質膜が挙げられる。中でも、パーフルオロスルホン酸ポリマー膜に代表される特に高い膨潤性を有するプロトン伝導性固体高分子電解質膜を用いる場合に、本発明の製造方法は好適である。
【００２７】
また、電解質膜がプロトン伝導性固体高分子電解質膜であり、且つスラリーが高分子材料と触媒材料と溶媒とを含む触媒層用スラリーである場合、本発明により得られる効果は特に高いものとなる。固体高分子電解質膜と触媒層との密着性は、燃料電池の電池性能に与える影響が大きく、また、プロトン伝導性固体高分子電解質膜は膨潤しやすい性質を持っているからである。
【００２８】
以下、電解質膜がプロトン伝導性固体高分子電解質膜、スラリーが高分子材料と触媒材料と溶媒とを含む触媒層用スラリーである場合を例に、本発明の燃料電池の製造方法を詳しく説明する。
【００２９】
ここで、図１を用いて固体高分子型燃料電池の一構成例を説明する。図１において、プロトン伝導性固体高分子電解質膜１の片面に燃料極触媒層２、もう一面に酸化剤極触媒層３が設けられている。さらに触媒層２、３の外面には、電気伝導性及びガス拡散性を有するガス拡散層４、５が通常は形成されており、燃料極６は燃料極触媒層２及びガス拡散層４から構成され、酸化剤極７は酸化剤極触媒層３及びガス拡散層５から構成される。通常、燃料極６、電解質膜１、酸化剤極７から構成される膜−電極接合体の各電極に反応ガス（燃料ガス又は酸化剤ガス）を供給し、且つ電気化学反応により生成する水分や余剰のガスを排出するため、各電極の外側にはガス流路８、９を画成するセパレータ１０、１１が設けられている。
【００３０】
まず、プロトン伝導性固体高分子電解質膜（以下、本実施形態においては、単に電解質膜ということがある）を準備する。プロトン伝導性固体高分子電解質膜としては、プロトンを伝導することが可能な固体高分子電解質膜であればよく、特に限定されるものではないが、ナフィオン（商品名、デュポン社製）に代表されるような含フッ素ポリマー或いは非フッ素系炭化水素ポリマーを骨格として少なくともスルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基、リン酸基等のプロトン交換基を有するものを挙げることができる。電解質膜は、成膜された市販品を用いることもできる。
【００３１】
次に高分子材料と触媒材料と溶媒とを含む触媒層用スラリーを調製する。
触媒層用スラリーに含有される高分子材料としては、通常、プロトン伝導性を有する高分子材料が用いられる。プロトン伝導性高分子としては、プロトンを伝導することが可能な高分子材料であればよく、有機物、無機物、特に限定するものではないが、パーフルオロスルホン酸ポリマーに代表されるような、含フッ素ポリマーあるいは非フッ素系炭化水素ポリマーを骨格として少なくともスルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基、リン酸基等のプロトン交換基を有するものを挙げることができる。これらのプロトン伝導性高分子は、電解質膜を構成する材料と同じものを用いてもよく、また異なるものを用いてもよい。触媒層用スラリーに含有される高分子材料は、プロトン伝導性高分子に限定されるものではなく、撥水性高分子や結着剤等その他の高分子材料を用いることができ、これらの材料を組み合わせてもよい。
【００３２】
触媒材料としては、触媒成分を炭素質粒子、炭素質繊維のような炭素材料等の導電性材料に担持させた触媒粒が好適に用いられる。触媒成分としては、燃料極における水素の酸化反応、酸化剤極における酸素の還元反応に対して触媒作用を有するものであれば特に限定されず、例えば、白金、又は、ルテニウム、鉄、ニッケル、マンガン等の金属と白金との合金等を用いることができる。
【００３３】
触媒層用スラリーは上記高分子材料と触媒材料、さらに必要に応じてその他の成分を、溶媒に混合・分散させることにより得られる。
溶媒としては、特に限定されず、例えば、エタノールと水の混合溶媒や、メタノールと水の混合溶媒、プロパノールと水との混合溶媒、エタノールとブタノールと水の混合溶媒等が挙げられる。各溶媒成分の濃度は、高分子材料の分散性や得られる触媒層用スラリーの塗布性、発火性、乾燥性、粘弾性、たれ性等を考慮して適宜選択する。例えば、溶媒として、エタノールと水との混合溶媒を用いる場合には、得られる混合溶媒の揮発性及びエタノールの発火性を共に考慮して、通常、エタノール：水＝０．５：１〜３：１の体積比で混合したものを使用することが好ましい。
触媒層用スラリー中の各成分の濃度は、特に限定されるものではなく、高分子材料としてプロトン伝導性高分子を０．０５〜５重量％、触媒成分を０．０１〜１０重量％程度とすればよい。
【００３４】
続いて、得られた触媒層用スラリーを電解質膜表面に塗布する。本発明の製造方法は、この塗布工程における雰囲気温度Ｔを、触媒層用スラリー中の溶媒に含まれる溶媒成分うち、少なくとも最も高い揮発性を有する溶媒成分の飽和蒸気圧が８０ｋＰａ以上となる温度にする。雰囲気温度Ｔを制御（調節）する方法は、特に限定されず、例えば、電解質膜を加熱プレート上に設置し、当該電解質膜を直接加熱したり、或いは、加熱状態のヒーター庫内に電解質膜を設置し、当該電解質膜の周囲を加熱した状態で、電解質膜に触媒層用スラリーを塗布する方法等が挙げられる。
電解質膜に触媒層用スラリーを塗布する方法としては、例えば、スプレー法、スクリーン印刷法、刷毛塗り、ダイコート法等が挙げられ、特に限定されるものではないが、スプレー法が特に好ましい。スプレー法は、スラリーを電解質膜の表面に均一に塗布することができるほか、噴霧時に溶媒の蒸発が促進されるため、より電解質膜の膨潤を抑制することができる。
【００３５】
以下、触媒層をスプレー法を用いて形成する方法について説明する。
触媒層用スラリーを電解質膜に直接吹き付けるスプレー装置としては、例えば、先端にノズルを有したスプレーガン１６と、このスプレーガン１６に接続された、触媒層用スラリー１５を収容したスラリーポット(図示せず)と、スプレーガン１６に電気的に接続されたコンプレッサ（図示せず）とを具備した構成のものが挙げられる(図２参照)。
【００３６】
プレート１２上に電解質膜１３を配置し、所望の形状を有する触媒層を形成するためのマスク１４を介して、上記したようなスプレー装置により、触媒層スラリー１５を電解質膜１３表面に吹き付ける。
触媒層用スラリーを電解質膜に吹き付ける時の条件は、霧化エア圧力０．１〜１．０ＭＰａ、吹き付け高さ１０〜２００ｍｍ、液滴径０．００１〜０．１ｍｍが好ましい。ここで、「吹き付け高さ」とは、電解質膜からスプレノズルヘッドのノズル先端までの距離を意味する。エア圧力が０．１ＭＰａ未満の場合には、エア圧力が小さいため液滴が大きくなり、スラリーを電解質膜にきれいに塗布することができない。一方、エア圧力が１．０ＭＰａを超える場合には、エア圧力が大きいため液滴が小さくなり、スラリーが飛び散って、歩留まりが低下してしまう。
【００３７】
また、吹き付け高さが、１０ｍｍ未満の場合には、電解質膜と上記ノズル先端とが近すぎて吹き付けが困難であり、２００ｍｍを超える場合には、スラリーが周囲に飛び散り、歩留りが低下してしまう。また、液滴径が０．００１ｍｍ未満の場合には、スラリーが周囲に飛び散り歩留りが低下してしまう。一方、液滴径が０．１ｍｍを超える場合には、電解質膜上でのスラリー中の溶媒の乾燥が遅く、電解質膜の膨潤抑制効果が低下するおそれがある。
以上のような温度条件のもと塗付された触媒層用スラリーを、別途乾燥工程を設け、乾燥させることで触媒層が形成される。このとき、触媒層の単位面積あたりの触媒成分量が０．０１〜５ｍｇ／ｃｍ２程度となるように触媒層を形成することが好ましい。
【００３８】
以上のようにして一方の面に触媒層が形成された電解質膜は、通常、他方の面にも触媒層が形成される。
電解質膜表面に形成された触媒層上には、通常、ガス拡散層が形成される。ガス拡散層としては、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルトなどの導電性多孔質体の表面をポリテトラフルオロエチレン等によってコーティングすることで撥水化したものを挙げることができ、これらは燃料極ガス拡散層及び酸化剤極ガス拡散層の何れにも用いることができる。触媒層が形成された電解質膜を２枚のガス拡散層で挟持、接合することによって、膜−電極接合体が得られる。
得られた膜−電極接合体は、一般的な方法によりセパレータで挟持することによって燃料電池セルとし、燃料電池セルを複数積層することによって燃料電池が得られる。
【００３９】
尚、ここでは、電解質膜がプロトン伝導性固体高分子電解質膜、スラリーが触媒層用スラリーである場合を例に説明したが、電解質膜としては、例えば、酸化物イオン、水酸化物イオン等のプロトン以外のイオン伝導性固体高分子電解質膜等を用いることもできる。
【実施例】
【００４０】
＜触媒層付き電解質膜の作製＞
（実施例）
まず、白金を重量比で４０％担持したカーボン粒子５ｇと、パーフルオロスルホン酸樹脂（商品名ナフィオン、ＤｕＰｏｎｔ製）３ｇと、溶媒（体積比でエタノール：水＝１：１の混合液）１５０ｍｌとを混練し、触媒層用スラリーを調製した。次に、温度調節機能付きプレート上に配置されたパーフルオロスルホン酸膜（厚さ５０μｍ、商品名ナフィオン、ＤｕＰｏｎｔ製）表面に、得られた触媒層用スラリーをマスクを介してスプレーガンにより塗布（白金塗布量が０．５ｍｇ／ｃｍ２になるように）し、触媒層を形成した（図２参照）。このとき、プレートの温度を８０℃（エタノールの飽和蒸気圧約８００ｍｍＨｇ＝約１０７ｋＰａ）に設定した。続いて、パーフルオロスルホン酸膜の触媒層が形成された面とは異なる面にも、同様の方法（プレート温度も同じ）にて触媒層を形成し、触媒層付き電解質膜を得た。
【００４１】
（比較例）
上記実施例の膜−電極接合体の作製において、プレート温度を３０℃（エタノールの飽和蒸気圧約８０ｍｍＨｇ＝約１１ｋＰａ）とした以外は、同様の方法によって、触媒層付き電解質膜を作製した。
【００４２】
＜触媒層付き電解質膜の目視による評価＞
プレート温度を８０℃に設定して触媒層用スラリーを塗布した実施例の電解質膜は、プレート温度を３０℃に設定して触媒装用スラリーを塗布した比較例の電解質膜と比較して、大幅にシワの少ない状態であり、その表面に形成された触媒層もシワが少なく、割れの発生が見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】固体高分子型燃料電池の一構成例を示した断面図である。
【図２】本発明の燃料電池製造方法におけるスラリーを電解質膜に塗布する方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…プロトン伝導性固体高分子電解質膜
２…燃料極触媒層
３…酸化剤極触媒層
４…ガス拡散層
５…ガス拡散層
６…燃料極
７…酸化剤極
８…ガス流路
９…ガス流路
１０…セパレータ
１１…セパレータ
１２…温度調節機能付きプレート
１３…電解質膜（パーフルオロスルホン酸膜）
１４…マスク
１５…触媒層用スラリー
１６…スプレーガン
【図１】
2006344517.tif 000002
【図２】
2006344517.tif 000003